一种输入电流连续的混合型准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种输入电流连续的混合型准Z源变换 器。
【背景技术】
[0002] 光伏、燃料电池等可再生能源的发展已成为最有效的弥补化石燃料短缺和保护环 境的手段之一。高增益DC/DC变换器能够大幅度提高直流电压等级，被广泛地应用于新能源 发电系统。在其他工业应用场合，例如高压气体放电灯、X光机直流电源等，高增益DC/DC变 换器也有重要的应用价值。但许多升压DC/DC变换器受到占空比、生热和损耗的限制，无法 实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为1/(1-D)，D为占空比，但由于寄生参数的 影响，其增益受到限制；又如Z源升压变换器，其电压增益为（1-D)/(1-2D)，较Boost变换器 有了一定的提高，但仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种输入电流连续的混合型准 Z源变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感本发明、第一二极管本发明、第 一电容本发明、第二电容本发明、第二二极管本发明、第二电感本发明、第Ξ电感本发明、第 Ξ电容本发明、第Ξ二极管本发明、第四电容本发明、开关管本发明、输出电容本发明和负 载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感本发明 的一端连接。所述的第一电感本发明的另外一端与第一二极管本发明的阳极和第二电容本 发明的一端连接。所述的第一二极管本发明的阴极与第一电容本发明的一端、第二电感本 发明的一端和第Ξ电容本发明的一端连接。所述的第二电感本发明的另外一端与第二二极 管本发明的阳极和第四电容本发明的一端连接。所述的第二二极管本发明的阴极与第Ξ电 容本发明的另外一端和第Ξ电感本发明的一端连接。所述的第Ξ电感本发明的另外一端与 第四电容本发明的另外一端、第二电容本发明的另外一端、开关管本发明漏极和第Ξ二极 管本发明的阳极连接。所述的第Ξ二极管本发明的阴极与输出电容本发明的一端和负载的 一端连接。所述的输出电容本发明与负载并联。所述的直流输入电源Vin的负极与第一电容 本发明的另外一端、开关管本发明的源极、输出电容本发明的另外一端和负载的另外一端 连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压夫
和Z源升压变换器(其输出电压巧
等DC/DC变换器， 在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空比就可w将低等级电 压升至高等级的电压，而且输入输出共地、输入电流连续等，因此本发明电路具有很广泛的 应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种输入电流连续的混合型准Z源变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010]图4为提出的电路、Boost和Z源升压变换器的增益Vout/Vin随占空比D变化的波形 图。
【具体实施方式】
[0011] 为W下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方 式不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可 参照现有技术理解或实现的。
[0012] 本实例的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了验证方 便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流iDl、第二 二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第一电感^电流iLl、第二电感L2电流iL2、第Ξ电感 L3电流iL3、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4 的波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管化、第二二极管化和第Ξ二极管化承受反向电压 截止。直流输入电源Vin与第二电容C2通过开关管S同时给第一电感^充电，第一电容Cl和第 四电容C4通过开关管S同时给第二电感L2充电，第一电容Cl和第Ξ电容C3通过开关管S同时 给第Ξ电感L3充电。此外，输出电容CDut给负载供电。
[0014] 在ti~t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管化、第二二极管化和第Ξ二极管化承受正向电压 导通。直流输入电源Vin和第一电感b通过第一二极管化同时给第一电容Cl充电，第二电感L2 和第Ξ电感L3通过第一二极管化和第二二极管化同时给第二电容C2、第Ξ电容C3和第四电容 C4充电。此外，直流输入电源Vin、第一电感^、第二电感L2和第Ξ电感L3通过第一二极管化、 第二二极管化和第Ξ二极管化同时给输出电容Ccmt和负载供电。
[0015] 本发明电路的稳态增益推导如下。
[0016] 由于第二电感L2与第Ξ电感L3的电感值相同，第Ξ电容C3与第四电容C4的电容值 相同，则第二电感L2与第立电感L3的电压、电流相等，第立电容C3与第四电容C4的电压、电流 相等。
[0017] 由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3的电压在一个开关周期内的平均值为零， 可得到下列关系式。
[001 引（Vin+Vc2)t0n+(Vin-Vci)t0ff = 0 (1)
[0019]
(2)
[0020] 又当开关管S关断时，输出电压V?t满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。
[0023]
(4)
[0024] 传统Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和（1-D)/(1-2D)(D 为占空比），本发明所提电路与Boost变换器、Z源升压变换器的稳态增益比较图如图4所示， 从图4可知，当输入电压为10V时，本发明提出的电路只需占空比为0.3就可W升至100V左 右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种输入电流连续的混合型准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一电感 (LD、第一二极管(D 1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第二二极管(D2)、第二电感(L 2)、第三 电感(L3)、第三电容(C3)、第三二极管(D3)、第四电容(C4)、开关管(S)、输出电容(Ccmt)和负 载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(Li)的一端连接;所述第一电感(Li)的另外一端 与第一二极管(D1)的阳极和第二电容(C2)的一端连接;所述第一二极管(D1)的阴极与第一 电容(C 1)的一端、第二电感(L2)的一端和第三电容(C3)的一端连接;所述第二电感(L 2)的另 外一端与第二二极管(D2)的阳极和第四电容(C4)的一端连接;所述第二二极管(D 2)的阴极 与第三电容(C3)的另外一端和第三电感(L3)的一端连接;所述第三电感(L 3)的另外一端与 第四电容(C4)的另外一端、第二电容(C2)的另外一端、开关管(S)漏极和第三二极管(D3)的 阳极连接;所述第三二极管(D 3)的阴极与输出电容(Cciut)的一端和负载的一端连接;所述输 出电容(Cmjt)与负载并联;所述直流输入电源Vin的负极与第一电容(Cl)的另外一端、开关管 (S)的源极、输出电容(Cciut)的另外一端和负载的另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种输入电流连续的混合型准Z源变换器，其特征在于输出电 压乂_与直流输入电压关系为：
【专利摘要】本发明提供一种输入电流连续的混合型准Z源变换器，所述变换器包括直流输入电源、第一电感（<i>L</i>1）、第一二极管（<i>D</i>1）、第一电容（<i>C</i>1）、第二电容（<i>C</i>2）、第二二极管（<i>D</i>2）、第二电感（<i>L</i>2）、第三电感（<i>L</i>3）、第三电容（<i>C</i>3）、第三二极管（<i>D</i>3）、第四电容（<i>C</i>4）、开关管（<i>S</i>）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本发明相比于Boost变换器、传统Z源升压变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/08, H02M3/06, H02M3/155
【公开号】CN105490520
【申请号】CN201511010460
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月27日